EP3154664A1 - Anlage mit einer ein abgas erzeugenden behandlungsvorrichtung, einem oxidations- und einem reduktionskatalysator sowie verfahren zur behandlung des abgases in einer solchen anlage - Google Patents

Anlage mit einer ein abgas erzeugenden behandlungsvorrichtung, einem oxidations- und einem reduktionskatalysator sowie verfahren zur behandlung des abgases in einer solchen anlage

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EP3154664A1
EP3154664A1 EP15729778.9A EP15729778A EP3154664A1 EP 3154664 A1 EP3154664 A1 EP 3154664A1 EP 15729778 A EP15729778 A EP 15729778A EP 3154664 A1 EP3154664 A1 EP 3154664A1
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
temperature
catalyst
reduction
oxidation catalyst
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15729778.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Franz-Josef Zurhove
Melanie Flaßpöhler
Timo Stender
Kathrin Rohloff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maerz Ofenbau AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
Elex Cemcat AG
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elex Cemcat AG, ThyssenKrupp Industrial Solutions AG filed Critical Elex Cemcat AG
Publication of EP3154664A1 publication Critical patent/EP3154664A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01D2258/0233—Other waste gases from cement factories

Definitions

  • the invention relates to a system comprising a treatment device for the mechanical and / or thermal treatment of an inorganic material which generates exhaust gas, with an oxidation catalyst adjoining the treatment device in the flow direction of the exhaust gas and with a reduction catalytic converter adjoining the oxidation catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas.
  • the invention further relates to a method for treating the exhaust gas in such a plant.
  • a generic system is used for example in the production of cement clinker.
  • the cement raw meal is preheated before being introduced into a rotary kiln in a material preheater, which is usually designed as a four- to six-stage cyclone preheater, by the exiting the rotary kiln exhaust gas.
  • the exhaust gas is usually cooled down to a temperature of between 250 ° C and 400 ° C.
  • a suitable exhaust gas temperature may be required to be in a suitable temperature range for (high) pollutant reduction.
  • Such an adjustment of the exhaust gas temperature upstream of the exhaust gas treatment device can take place by various measures, such as, for example, a water application, a heat exchanger with heat supply or removal, or an addition of another gas flow with a different temperature. If, for example, an increase in the exhaust gas temperature takes place after the material preheater, this can be achieved by an additional heat supply, for example, by means of an auxiliary heater, for example in the form of burners or a combustion chamber can be achieved.
  • DE 197 20 205 A1 further discloses the possibility of a combination of the reduction catalyst with an oxidation catalyst connected downstream thereof, as a result of which organic compounds and, in particular, furans and dioxins are to be removed from the exhaust gas at the same time.
  • a device for the treatment of exhaust gases from, for example, a plant for cement clinker production has become known.
  • the device comprises a multilayer catalyst having at least three successively arranged catalyst layers with at least partially different lengths.
  • the first of the layers is designed as an oxidation catalyst, while a supply device for an ammonia-containing reducing agent first connects to this first catalyst layer.
  • the invention has the object underlying to provide an advantageous possibility for the exhaust gas treatment of a treatment device for mechanical and / or thermal treatment of an inorganic material and in particular derived from a cement clinker furnace exhaust gas.
  • This object is achieved by means of a system according to claim 1 and a method according to claim 9.
  • Advantageous embodiments of the system according to the invention and advantageous embodiments of the method according to the invention are the subject of the other claims and will become apparent from the following description of the invention.
  • the invention is based on the finding that in a reversal of the order of reduction catalyst and oxidation catalyst compared to the known from DE 197 20 205 AI device for exhaust gas treatment can achieve relevant advantages that can overcompensate the disadvantages associated with the reversal disadvantages.
  • the exhaust gas should be supplied to the two types of catalyst with a temperature optimally adapted as far as possible in order to achieve high reduction rates for the respective pollutants. It can be assumed in principle that the reduction rates for carbon monoxide and / or organic hydrocarbons in an oxidation catalyst and for organic hydrocarbons in a reduction catalyst increase with increasing temperature of the exhaust gas. For a reduction of carbon monoxide in an oxidation catalyst results in a minimum temperature of 180 ° C, for example, from the guideline VDI 3476. Is also a relevant reduction of organic hydrocarbons provided, this usually requires higher exhaust gas temperatures, for example, at least 360 ° C.
  • the exhaust gas temperature in the oxidation catalyst should be at least 400 ° C.
  • Another advantage of higher exhaust gas temperatures in an oxidation catalyst is the markedly slower deactivation of the oxidation catalyst.
  • Such high exhaust gas temperatures can lead to its rapid deactivation in a reduction catalyst, such as an SCR catalyst.
  • a reduction catalyst such as an SCR catalyst.
  • this problem would still by the exothermic oxidation of the pollutants in the oxidation catalyst be reinforced, which could lead to a further increase in the temperature of the exiting the oxidation catalyst exhaust gas.
  • the temperature of the exhaust gas entering the reduction catalyst should be limited.
  • the temperature influencing device arranged upstream of the oxidation catalytic converter preferably effects a heating of the exhaust gas.
  • the temperature-influencing device arranged between the oxidation catalytic converter and the reduction catalytic converter preferably effects a cooling of the exhaust gas.
  • the method according to the invention makes it possible to set the temperatures of the exhaust gas entering the catalytic converters as optimally as possible.
  • CO carbon monoxide
  • C x H y organic hydrocarbons
  • NO x nitrogen oxides
  • the exhaust gas should advantageously be supplied to the reduction catalyst at a maximum of 420 ° C., preferably 400 ° C., and particularly preferably 380 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas fed to the reduction catalytic converter should advantageously not fall below 150 ° C., preferably 180 ° C. and particularly preferably 220 ° C.
  • the oxidation catalyst and / or the reduction catalyst may be single or multi-layered.
  • Several similar catalyst (lag) s can also be connected in parallel in the exhaust line of the system.
  • the configuration of the temperature influencing device (s) may be arbitrary.
  • an increase in temperature for the exhaust gas is to be achieved by means of the temperature-influencing device (s)
  • this can be based in particular on a combustion (ie the burning of a fuel with the primary or exclusive objective of the heat input into the exhaust gas), an admixture of a fluid, in particular a gas, based on a higher temperature compared to the local temperature of the exhaust gas, and / or a heat exchange with any heat exchange medium.
  • a combustion ie the burning of a fuel with the primary or exclusive objective of the heat input into the exhaust gas
  • an admixture of a fluid, in particular a gas based on a higher temperature compared to the local temperature of the exhaust gas, and / or a heat exchange with any heat exchange medium.
  • the temperature-influencing device may comprise a heater, an admixing device for a fluid, in particular a gas (for example another exhaust gas or a cooling gas of the system), and / or a heat exchanger.
  • a gas for example another exhaust gas or a cooling gas of the system
  • a temperature reduction for the exhaust gas is to be achieved by means of the temperature-influencing device (s)
  • this can be based, in particular, on admixing a gas with a lower temperature compared to the local temperature of the exhaust gas, an admixing of a medium evaporating at the relevant temperatures, preferably water or a watery one Solution, and / or a heat exchange with any heat exchange medium based.
  • the temperature-influencing device may for this purpose comprise an admixing device for a fluid, in particular a gas or water or an aqueous solution, and / or a heat exchanger.
  • the Temperaturbeeinfiussungsvoriques (s) is / are preferably controllable with regard to the temperature influence on the exhaust gas and particularly preferably adjustable so that the most accurate and changing circumstances (in particular temperature and composition of the exhaust gas on entering the temperature influencing device) adjustable adjustment of the temperature of Exhaust gas for the entry into the downstream of the temperature influencing device following oxidation and / or reduction catalyst can take place.
  • a temperature influencing device is provided, in a preferred embodiment of such a system according to the invention that by means of a common heat exchanger or by means of a heat exchanger of the temperature influencing devices using a transfer medium, a heat transfer Exhaust gas downstream of the oxidation catalyst is carried out on exhaust gas upstream of the oxidation catalyst.
  • the temperature-influencing device of the system according to the invention arranged upstream of the oxidation catalytic converter can comprise a material preheater arranged between the treatment device and the oxidation catalytic converter, in which heat is transferred from the exhaust gas to the material. Adjusting the temperature of the exhaust gas entering the oxidation catalyst may then be achieved in that the heat exchange of the exhaust gas with the preheated material is adjustable and in particular controllable.
  • the material preheater may comprise one or more heat exchanger stages, wherein a first feed for the material is arranged in the direction of passage of the material through the material preheater in front of a heat exchanger stage, a second supply for the material relative to the direction of passage of the material through the material preheater , is arranged behind this heat exchanger stage and a control device for the adapted distribution of the material to the first supply and the second supply is provided.
  • the control device may preferably be formed as a control device, which uses as a controlled variable, for example, the temperature of the exhaust gas to be set or an exhaust gas composition upstream and / or downstream of the oxidation catalyst (and optionally also of the reduction catalyst).
  • a metering device for a particular ammonia-containing reducing agent (in particular liquid or gaseous) is preferably provided.
  • the metering device can advantageously be arranged between the oxidation catalytic converter and the reduction catalytic converter, as a result of which exposure of the oxidation catalytic converter to the reducing agent can be avoided.
  • the metering device can advantageously also function as a temperature-influencing device in that the metered reducing agent extracts heat energy from the exhaust gas by evaporation.
  • a metered addition of an aqueous ammonia solution can be provided.
  • a means for dust removal for the oxidation catalyst and / or the reduction catalyst prevented by the deposition of dust on elements of the catalyst device and / or already deposited dust can be removed again.
  • This device for dust removal can, for example, in the form of a known dust blower, in particular, be designed for use in cement processing plant designed dust blower.
  • the integration of one or more facilities for dust removal in the system according to the invention may be useful, in particular due to the amounts of dust contained in the exhaust gas, when a dust filter in the flow direction of the exhaust gas to the catalysts and consequently the exhaust gas is dedusted only downstream of the reduction catalyst.
  • the dust content in the exhaust gas up to the dust filter can be up to 100 g / Nm 3 or even more, at least when cement clinker is fired by means of the treatment device.
  • a basically advantageous dust filter can also be integrated elsewhere in the exhaust system of the system according to the invention, in particular upstream of the oxidation catalytic converter.
  • the plant according to the invention is particularly suitable for the production and / or processing of material (s) of the basic industry, in particular of raw materials of the mining industry and concrete of cement clinker, lime and minerals.
  • the plant according to the invention may also comprise other plants or plant components which do not serve the treatment of an inorganic material.
  • a temperature influencing device which is designed in the form of an admixer or a heat exchanger, a component and in particular a guided in the component material or fluid flow of a non-plant equipment or apparatus, such as the power plant industry (especially combustion of materials (especially raw materials, but also eg waste) for the production of electrical energy).
  • These installations or devices that are not in use may serve, for example, for drying, torrefaction and / or pyrolysis of, in particular, a carbonaceous material or fluid stream Influencing the temperature of the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst and / or of the reduction catalyst does not have to be geared to achieving the highest possible rate of reduction. Rather, a reduction to the extent that statutory emissions regulations are met, can be provided. In this case, a lower than maximum possible reduction can be accepted in order to keep, for example, the temperature load for the system components and in particular the catalysts and / or additional fuel sales, for example in one or more designed as a heater temperature influencing devices, within limits.
  • FIG. 1 shows a plant according to the invention in a schematic representation
  • Fig. 2 a plant according to the invention for the production of cement clinker in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows in a greatly simplified manner a plant according to the invention with a treatment device 1 for the mechanical and / or thermal treatment of an inorganic material 2 and with an exhaust gas line connected downstream of the treatment device 1 in which exhaust gas discharged from the treatment device 1 is cleaned; ie there is a reduction in the concentrations of certain pollutants in the exhaust gas.
  • the exhaust gas line comprises - in the flow direction of the exhaust gas - a first temperature influencing device 3, an oxidation catalyst 4, a second temperature influencing device 5 and a reduction catalyst 6.
  • the treatment device 1, the material to be treated 2 and a fuel 7 is supplied.
  • the treatment of the material 2 takes place thermally by burning the fuel 7 in the treatment device 1.
  • the resulting exhaust gas is further heated in the first temperature influencing device 3 to a temperature of, for example, about 440 ° C. This allows high rates of reduction for the concentrations of both carbon monoxide and organic hydrocarbons in the first
  • the first temperature influencing device 3 may for example comprise a heat exchanger, through which a heat transfer from any other fluid, for example, the exhaust gas downstream of the oxidation catalyst 4 and upstream of the reduction catalyst 6, takes place on the exhaust gas.
  • the first temperature-influencing device 3 may also comprise a heater 8, by which a further heating of the exhaust gas can take place in addition to that by the heat exchanger.
  • a heater 8 is particularly useful when the heat transfer in the heat exchanger is not sufficient to heat the exhaust reliably to the desired temperature.
  • the heat input into the exhaust gas by a heater 8 on the fuel turnover is well regulated.
  • the temperature of the exiting from the oxidation catalyst 4 exhaust gas is too high for the subsequent reduction catalyst 6. Therefore, it is provided to cool the exhaust gas in the second temperature influencing device 5 to at most about 380 ° C.
  • This may be, for example, in addition to an optional cooling by a heat exchange with the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst 4 - by injecting an aqueous ammonia solution take place, wherein the heat energy required for the evaporation of the solution is removed from the exhaust gas.
  • the ammonia of the solution also serves as a reducing agent for the reduction in the concentrations of nitrogen oxides in the exhaust gas taking place in the reduction catalytic converter 6.
  • FIG. 2 shows a system of the invention corresponding to FIG. 1 that has a substantially more concrete design.
  • This is for the production of cement clinker, which is in a treatment apparatus in the form of a rotary kiln 9 from cement raw meal, fired.
  • the finely ground cement raw meal which comprises organic constituents, is dispersed into hot fuel gases which originate from the rotary kiln 9 and from an optional calciner 10, wherein the organic constituents are expelled from the cement raw meal and incompletely combusted.
  • the rotary kiln 9 based on the passage direction of the material (2) (cement raw meal or cement clinker), a material preheater 11 upstream in the form of a multi-stage cyclone preheater with integrated calciner 10.
  • the material preheater 11 the cement raw meal is flowed through in several stages by the exhaust gas originating from the rotary kiln 9 and entrained and then separated again from the exhaust gas stream in a cyclone of the respective preheater stage.
  • the cyclone preheater has, as usual, a vertical structure, so that the cement raw meal, as far as it is entrained by the exhaust gas flow, is primarily moved counter to the direction of gravity and falls after separation in the cyclone due to gravity to the next preheater stage.
  • Other common types of material preheaters such as staged residence time reactors, are also possible.
  • the cement raw meal is fed via a cement raw meal task 12 in the system and fed to the material preheater 11.
  • the material preheater 11 also serves as the first temperature influencing device 3 of the system according to the invention.
  • a division of the cement raw meal takes place on a first supply 13, which, based on the direction of the passage of the Cement raw meal through the material preheater 11, in front of the first (here uppermost) heat exchanger stage 14 is arranged, and a second supply 15.
  • the introduced via this first feed 4 in the material preheater 2 cement raw meal thus increases in heat exchange with the exhaust gas in this first heat exchanger stage 14 (FIG. and also all other heat exchanger stages).
  • the second cement raw meal feeder 15 is located behind the first heat exchanger stage 14, based on the direction of passage of the cement raw meal through the material preheater 11.
  • the introduced via this second supply 15 in the material preheater 11 cement raw meal thus does not participate in a heat exchange with the exhaust gas in the first heat exchanger stage 14, but in all other heat exchanger stages. If a portion of the cement raw meal does not pass through all the heat exchanger stages, the total heat transfer from the exhaust to the material to be preheated will remain below a plant specific and operating parameter dependent maximum, which will affect both the temperature of the preheated cement raw meal and the temperature of the exhaust leaving the material preheater 11.
  • the sizes of the cement raw meal streams introduced into the material preheater 11 via the first supply 13 and the second supply 15 can be adjusted via a control device 16. This consequently allows an adapted adjustment of the temperature of the exhaust gas leaving the material preheater 11, which is subsequently supplied to an exhaust gas treatment device 17.
  • the control device 16 is designed as a control device that regulates the sizes of the introduced via the first supply 13 and the second supply 15 in the material preheater 11 cement raw meal flows in response to a measured temperature of the entering into the exhaust treatment device 17 exhaust gas such that the measured Exhaust gas temperature is in a desired temperature range.
  • This target temperature range is chosen with regard to the highest possible reduction rate for pollutants by means of a multi-layer oxidation catalyst 4 of the exhaust treatment device 17 and is for example between about 360 ° C and about 440 ° C, depending on the specific exhaust gas composition.
  • the oxidation catalyst 4 is followed by a multilayer reduction catalyst 6.
  • This is based on the principle of selective catalytic reduction of particular nitrogen oxides.
  • the exhaust gas in a known manner upstream of the reduction catalyst 6 (and downstream of the oxidation catalyst 4) is added a reducing agent in the form of ammonium hydroxide, which is distinguished from (the also possible use of) urea as a reducing agent, in particular by a shorter evaporation path.
  • decomposition would release carbon monoxide from urea, which should be avoided.
  • the nitrogen oxides are reduced with the ammonia to nitrogen and water and organic hydrocarbons still contained in the exhaust gas are further reduced.
  • the oxidation catalyst 4 and the reduction catalyst 6 are integrated in the same housing 18 of the exhaust treatment device 17.
  • the temperature of the exhaust gas leaving the oxidation catalytic converter 4 is too high for a permanent admission of the reduction catalytic converter 6.
  • the system therefore has as a second temperature influencing device 5 a cooling device for the exhaust gas to be introduced into the reduction catalytic converter 6.
  • This cooling device is in the form of a metering device 19 for water, which is formed integrally with a metering device 20 for the ammonium hydroxide. A mixture of ammonium hydroxide and water is thus introduced via a common nozzle device 21 in the exhaust gas stream.
  • the introduced water evaporates in the exhaust gas stream and thereby removes this heat energy, which leads to a decrease in temperature of the entire, then the evaporated water and ammonium hydroxide exhaust gas stream.
  • the temperature of the exhaust gas entering the reduction catalytic converter 6 is limited to preferably a maximum of 380 ° C.
  • the integral metering device has no return.
  • the adapted, and in particular with respect to the maximum heat exchange performance of the material preheater 11 reduced heat exchange of the exhaust gas to the preheating cement raw meal not only affects the temperature of the entering into the exhaust treatment device 17 exhaust gas but also the temperature of entering the rotary kiln 9 cement raw meal.
  • this temperature of the preheated cement raw meal can be relatively low, but this can be compensated by an increased fuel turnover in one or more, serving as heat generating devices burners (not shown) of the rotary kiln 9 or - if available - the calciner 10.
  • the fuel conversion and thus the heat input in the rotary kiln 9 and in the exhaust gas can be adjusted by means of a control device or regulated a control device.
  • the temperature of the exhaust gas entering the exhaust gas treatment device 17 may represent a controlled variable for the fuel conversion. Alternatively or additionally, other parameters may also serve as a controlled variable, for example a gas temperature in the optional calciner 10 of the system.
  • a precalcination of the already preheated in the cyclone preheater cement raw meal can be done, which is then finished in the rotary kiln 9 ready for cement clinker.
  • For heating and deacidification of the cement raw meal in the precalcining in the calciner 10 are removed from the rotary kiln 9 exhaust (and heated cooling air from a rotary kiln 9 (with respect to the direction of passage of the cement clinker) downstream clinker cooler 22, which is supplied via a Tertiär Kunststoff 23 to the calciner 10
  • the separation of the precalcined in the calciner 10 material from the exhaust gas and / or the cooling air takes place in the cyclone of the last heat exchanger stage of the material preheater 11th Reference numerals:

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Abstract

Eine Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung (1) zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials (2), die Abgas erzeugt, mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Behandlungsvorrichtung (1) anschließenden Oxidationskatalysator (4) und mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an den Oxidationskatalysator (4) anschließenden Reduktionskatalysator (6) weist eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung (3, 5) zur Beeinflussung der Temperatur des Abgases stromauf des Oxidationskatalysators (4) und/oder zwischen dem Oxidationskatalysator (4) und dem Reduktionskatalysator (6) auf.

Description

Anlage mit einer ein Abgas erzeugenden Behandlungsvorrichtung, einem Oxidations- und einem Reduktionskatalysator sowie Verfahren zur Behandlung des
Abgases in einer solchen Anlage
Die Erfindung betrifft eine Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials, die Abgas erzeugt, mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Behandlungsvorrichtung anschließenden Oxidationskatalysator und mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an den Oxidationskatalysator anschließenden Reduktionskatalysator. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Behandlung des Abgases in einer solchen Anlage.
Eine gattungsgemäße Anlage kommt beispielsweise bei der Herstellung von Zementklinker zum Einsatz. Dabei wird das Zementrohmehl vor dem Einbringen in einen Drehrohrofen in einem Materialvorwärmer, der in der Regel als vier- bis sechsstufigen Zyklonvorwärmer ausgebildet ist, durch das aus dem Drehrohrofen austretende Abgas vorgewärmt. Dabei wird das Abgas in der Regel auf eine Temperatur von zwischen 250°C und 400°C heruntergekühlt.
In den Verlauf des Abgasstrangs können weitere Vorrichtungen integriert sein, die bevorzugt bei höheren als diesen üblichen Abgastemperaturen (nach Materialvorwärmer) betrieben werden. Insbesondere kann eine Vorrichtung zur Abgasbehandlung mittels katalytischer und/oder (regenerativer) oxidativer Minderung von Schadstoffen vorgesehen sein.
Für die Abgasbehandlungsvorrichtung kann die Einstellung einer passenden Abgastemperatur erforderlich sein, um in einem passenden Temperaturbereich für eine (hohe) Schadstoffminderung zu sein. Eine solche Einstellung der Abgastemperatur vor der Abgasbehandlungsvorrichtung kann durch verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise eine Wasseraufgabe, einen Wärmetauscher mit Wärmezu- oder -abfuhr oder eine Zugabe eines anderes Gasstromes mit anderer Temperatur erfolgen. Soll beispielsweise eine Erhöhung der Abgastemperatur nach dem Materialvorwärmer erfolgen, kann dies durch eine zusätzliche Wärmezufuhr, beispielsweise mittels eines Zuheizers z.B. in Form von Brennern oder einer Brennkammer, erreicht werden.
Aus der DE 197 20 205 AI ist ein Verfahren zur Reinigung von mit Stickoxiden beladenem Abgas bekannt, bei dem das Abgas in einem Wärmetauscher vorgewärmt, dann mittels eines Brenners nacherhitzt und anschließend unter Zugabe eines Reduktionsmittels einem Reduktionskatalysator zugeführt wird. Die aus dem Reduktionskatalysator austretenden heißen Abgase werden dazu genutzt, einen von zwei Wärmespeichern aufzuladen. Der andere Wärmespeicher dient währenddessen als Wärmetauscher für das dem Reduktionskatalysator zuzuführende Abgas. Durch ein zyklisches Umschalten der beiden Wärmespeicher wird somit stets einer der Wärmspeicher aufgeladen, während der andere Wärmespeicher als Wärmetauscher zum Vorerwärmen des Abgases genutzt wird.
In der DE 197 20 205 AI ist weiterhin die Möglichkeit einer Kombination des Reduktionskatalysators mit einem diesem nachgeschalteten Oxidationskatalysator offenbart, wodurch gleichzeitig organische Verbindungen und insbesondere Furane und Dioxine aus dem Abgas entfernt werden sollen.
Weiterhin ist in der DE 10 2010 060 104 B4 eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgasen aus beispielsweise einer Anlage zur Zementklinkerherstellung bekannt geworden. Die Vorrichtung umfasst einen mehrlagigen Katalysator, der mindestens drei hintereinander angeordnete Katalysatorlagen mit zumindest teilweise unterschiedlicher Länge aufweist. Optional kann dabei vorgesehen sein, dass die erste der Lagen als Oxidationskatalysator ausgebildet ist, während sich eine Zuführeinrichtung für ein ammoniakhaltiges Reduktionsmittel erst an diese erste Katalysatorlage anschließt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegen, eine vorteilhafte Möglichkeit zur Abgasbehandlung von aus einer Behandlungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials und insbesondere von aus einem Zementklinkerofen stammendem Abgas anzugeben. Diese Aufgabe wird mittels einer Anlage gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei einer Umkehrung der Reihenfolge von Reduktionskatalysator und Oxidationskatalysator im Vergleich zu der aus der DE 197 20 205 AI bekannten Vorrichtung zur Abgasbehandlung relevante Vorteile erzielen lassen, die die mit der Umkehrung einhergehenden Nachteile überkompensieren können.
Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass den zwei Katalysatortypen das Abgas mit einer möglichst optimal angepassten Temperatur zugeführt werden sollte, um hohe Minderungsraten für die jeweiligen Schadstoffe zu erzielen. Dabei kann grundsätzlich angenommen werden, dass die Minderungsraten für Kohlenmonoxid und/oder organische Kohlenwasserstoffe in einem Oxidationskatalysator und für organische Kohlenwasserstoffe in einem Reduktionskatalysator mit steigender Temperatur des Abgases ansteigen. Für eine Minderung von Kohlenmonoxid in einem Oxidationskatalysator ergibt sich eine Mindesttemperatur von 180°C beispielsweise aus der Richtlinie VDI 3476. Ist auch eine relevante Minderung von organischen Kohlenwasserstoffen vorgesehen, erfordert dies in der Regel höhere Abgastemperaturen von beispielsweise mindestens 360°C. Soll auch eine ausreichende Minderung von Methan mittels des Oxidationskatalysators erzielt werden, sollte die Abgastemperatur im Oxidationskatalysator mindestens 400°C betragen. Ein weiterer Vorteil höherer Abgastemperaturen in einem Oxidationskatalysators liegt in der deutlich verlangsamten Deaktivierung des Oxidationskatalysators. Derartig hohe Abgastemperaturen können bei einem Reduktionskatalysator, wie beispielsweise einem SCR-Katalysator, zu dessen schneller Deaktivierung führen. Bei einer Verschaltung entsprechend der DE 10 2010 060 104 B4 würde diese Problematik noch durch die exotherme Oxidation der Schadstoffe im Oxidationskatalysator verstärkt werden, die zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgases führen könnte. Um eine Deaktivierung des Reduktionskatalysators zu verlangsamen, sollte daher die Temperatur des in den Reduktionskatalysators eintretenden Abgases begrenzt sein.
Eine erfindungsgemäße Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials, die Abgas erzeugt, mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Behandlungsvorrichtung anschließenden, vorzugsweise edelmetallhaltigen Oxidationskatalysator und mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an den Oxidationskatalysator anschließenden Reduktionskatalysator ist folglich durch eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur des Abgases, die stromauf des Oxidationskatalysators (d.h. in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Oxidationskatalysator) angeordnet ist, und/oder eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung zur Beeinflussung der Temperatur des Abgases, die stromab des Oxidationskatalysators (d.h. in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem Oxidationskatalysator) und stromauf des Reduktionskatalysators angeordnet, gekennzeichnet.
Dabei bewirkt die stromauf des Oxidationskatalysators angeordnete Temperaturbeeinflussungsvorrichtung vorzugsweise eine Erwärmung des Abgases. Die zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator angeordnete Temperaturbeeinflussungsvorrichtung bewirkt vorzugsweise eine Abkühlung des Abgases.
Insbesondere dann, wenn sowohl stromauf des Oxidationskatalysators als auch zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator jeweils eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung angeordnet ist, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine möglichst optimale Einstellung der Temperaturen des jeweils in die Katalysatoren eintretenden Abgases.
Ein erfindungsgemäßes, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Anlage durchführbares Verfahren zur Behandlung des Abgases aus einer Behandlungsvorrichtung zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas mit einer Temperatur von mindestens 360°C, 390°C, 400°C, 420°C oder 440°C einem Oxidationskatalysator zur Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) und/oder organischen Kohlenwasserstoffen (CxHy), vorzugsweise auch Methan, zugeführt wird und anschließend einem Reduktionskatalysator zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) zugeführt wird. Dabei sollte das Abgas dem Reduktionskatalysator vorteilhafterweise mit maximal 420°C, vorzugsweise 400°C und besonders bevorzugt 380°C zugeführt werden. Gleichzeitig sollte die Temperatur des dem Reduktionskatalysator zugeführten Abgases vorteilhafterweise 150°C, vorzugsweise 180°C und besonders bevorzugt 220°C nicht unterschreiten.
Der Oxidationskatalysator und/oder der Reduktionskatalysator können ein- oder mehrlagig sein. Mehrere gleichartige Katalysator(lag)en können auch parallel in dem Abgasstrang der Anlage verschaltet sein.
Die Ausgestaltung der Temperaturbeeinflussungsvorrichtung(en) kann beliebig sein.
Sofern mittels der Temperaturbeeinflussungsvorrichtung(en) eine Temperaturerhöhung für das Abgas erzielt werden soll, kann diese insbesondere auf einer Zufeuerung (d.h. dem Verbrennen eines Brennstoffs mit dem primären oder ausschließlichen Ziel der Wärmeeinbringung in das Abgas), einer Zumischung eines Fluids, insbesondere eines Gases, mit einer höheren Temperatur im Vergleich zu der lokalen Temperatur des Abgases, und/oder einem Wärmetausch mit einem beliebigen Wärmetauschermedium beruhen. Die
Temperaturbeeinflussungsvorrichtung kann dazu einen Zuheizer, einen Zumischer für ein Fluid, insbesondere ein Gas (beispielsweise ein anderes Abgas oder ein Kühlgas der Anlage), und/oder einen Wärmetauscher umfassen.
Sofern mittels der Temperaturbeeinflussungsvorrichtung(en) eine Temperaturabsenkung für das Abgas erzielt werden soll, kann diese insbesondere auf einer Zumischung eines Gases mit einer geringeren Temperatur im Vergleich zu der lokalen Temperatur des Abgases, einer Zumischung eines bei den relevanten Temperaturen verdampfenden Mediums, vorzugsweise Wasser oder einer wässerigen Lösung, und/oder einem Wärmetausch mit einem beliebigen Wärmetauschermedium beruhen. Die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung kann dazu einen Zumischer für ein Fluid, insbesondere ein Gas oder Wasser oder eine wässerige Lösung, und/oder einen Wärmetauscher umfassen.
Die Temperaturbeeinfiussungsvorrichtung(en) ist/sind vorzugsweise hinsichtlich der Temperaturbeeinflussung für das Abgas steuerbar und besonders bevorzugt regelbar ausgebildet, so dass eine möglichst genaue und an sich ändernde Umstände (insbesondere Temperatur und Zusammensetzung des Abgases beim Eintritt in die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung) anpassbare Einstellung der Temperatur des Abgases für den Eintritt in den stromab der Temperaturbeeinflussungsvorrichtung folgenden Oxidations- und/oder Reduktionskatalysator erfolgen kann.
Sofern sowohl stromauf des Oxidationskatalysators als auch zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator jeweils eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung vorgesehen ist, kann in einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen erfindungsgemäßen Anlage auch vorgesehen sein, dass mittels eines gemeinsamen Wärmetauschers oder mittels jeweils eines Wärmetauschers der Temperaturbeeinflussungsvorrichtungen unter Einsatz eines Transfermediums ein Wärmeübergang von Abgas stromab des Oxidationskatalysators auf Abgas stromauf des Oxidationskatalysators erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine Regelung der Temperatur des dem Oxidationskatalysator zugeführten Abgases durch einen angepassten Wärmetausch des Abgases mit dem der Behandlungsvorrichtung zuzuführenden Material erfolgt. Die stromauf des Oxidationskatalysators angeordnete Temperaturbeeinflussungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Anlage kann dazu einen zwischen der Behandlungsvorrichtung und dem Oxidationskatalysator angeordneten Materialvorwärmer umfassen, in dem ein Wärmeübergang von dem Abgas auf das Material erfolgt. Ein Einstellen der Temperatur des in den Oxidationskatalysators eintretenden Abgases kann dann dadurch erreicht werden, dass der Wärmetausch des Abgases mit dem vorzuwärmenden Material einstellbar und insbesondere regelbar ist.
Dazu kann der Materialvorwärmer eine oder mehrere Wärmetauscherstufen umfassen, wobei eine erste Zufuhr für das Material in Richtung des Durchlaufs des Materials durch den Materialvorwärmer vor einer Wärmetauscherstufe angeordnet ist, eine zweite Zufuhr für das Material, bezogen auf die Richtung des Durchlaufs des Materials durch den Materialvorwärmer, hinter dieser Wärmetauscherstufe angeordnet ist und eine Steuereinrichtung zur angepassten Aufteilung des Materials auf die erste Zufuhr und die zweite Zufuhr vorgesehen ist. Dabei kann die Steuereinrichtung vorzugsweise als Regeleinrichtung ausgebildet sein, wobei diese als Regelgröße beispielsweise die einzustellende Temperatur des Abgases oder eine Abgaszusammensetzung stromauf und/oder stromab des Oxidationskatalysators (und gegebenenfalls auch des Reduktionskatalysators) nutzt.
Für den Reduktionskatalysator ist vorzugsweise eine Zudosiervorrichtung für ein insbesondere ammoniakhaltiges Reduktionsmittel (insbesondere flüssig oder gasförmig) vorgesehen. Dabei kann die Zudosiervorrichtung vorteilhafterweise zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Reduktionskatalysator angeordnet sein, wodurch eine Beaufschlagung des Oxidationskatalysators mit dem Reduktionsmittel vermieden werden kann. Die Zudosiervorrichtung kann vorteilhafterweise auch als Temperaturbeeinflussungsvorrichtung fungieren, indem das zudosierte Reduktionsmittel durch Verdampfen dem Abgas Wärmeenergie entzieht. Hierzu kann insbesondere ein Zudosieren einer wässerigen Ammoniaklösung vorgesehen sein.
In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage kann zudem noch eine Einrichtung zur Staubabreinigung für den Oxidationskatalysator und/oder den Reduktionskatalysator vorgesehen sein, durch den ein Absetzen von Staub auf Elementen der Katalysatoreinrichtung verhindert und/oder bereits abgesetzter Staub wieder entfernt werden kann. Diese Einrichtung zur Staubabreinigung kann beispielsweise in Form eines an sich bekannten Staubbläsers, insbesondere eines für die Verwendung in Zementbearbeitungsanlagen ausgelegten Staubbläsers ausgebildet sein.
Die Integration einer oder mehrerer Einrichtungen zur Staubabreinigung in der erfindungsgemäßen Anlage kann insbesondere aufgrund der im Abgas enthaltenen Staubmengen sinnvoll sein, wenn ein Staubfilter sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Katalysatoren anschließt und folglich das Abgas erst stromab des Reduktionskatalysators entstaubt wird. Bei einer solchen sogenannten„High-Dust"- Anordnung der Katalysatoren kann nämlich der Staubgehalt im Abgas bis zu dem Staubfilter, zumindest dann, wenn mittels der Behandlungsvorrichtung Zementklinker gebrannt werden, bis zu 100 g/Nm3 betragen oder sogar überschreiten.
Ein grundsätzlich vorteilhafter Staubfilter kann jedoch auch an anderer Stelle und insbesondere stromauf des Oxidationskatalysators in den Abgasstrang der erfindungsgemäßen Anlage integriert sein.
Die erfindungsgemäße Anlage eignet sich insbesondere für die Herstellung und/oder Bearbeitung von Material(ien) der Grundstoffindustrie, insbesondere von Grundstoffen der Montanindustrie und konkret von Zementklinker, Kalk und Mineralien.
Die erfindungsgemäße Anlage kann auch weitere Anlagen oder Anlagenkomponenten, die nicht der Behandlung eines anorganischen Materials dienen, umfassen. Insbesondere kann für eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung, die in Form eines Zumischers oder eines Wärmetauschers ausgebildet ist, eine Komponente und insbesondere ein in der Komponente geführter Material- oder Fluidstrom einer einsatzfremden Anlage oder Vorrichtung, beispielsweise der Kraftwerksindustrie (insbesondere Verbrennung von Materialien (insbesondere Grundstoffe, aber auch z.B. Abfall) zur Gewinnung von elektrischer Energie), genutzt werden. Diese einsatzfremden Anlagen oder Vorrichtungen können beispielsweise der Trocknung, Torrefizierung und/oder der Pyrolyse eines insbesondere kohlenstoffhaltigen Material- oder Fluidstroms dienen Die Beeinflussung der Temperatur des Abgases stromauf des Oxidationskatalysators und/oder des Reduktionskatalysators muss nicht auf die Erzielung einer möglichst hohen Minderungsrate ausgerichtet sein. Vielmehr kann auch eine Minderung in einem Maße, dass gesetzliche Emissionsvorschriften erfüllt werden, vorgesehen sein. Dabei kann eine geringere als maximal mögliche Minderung in Kauf genommen werden, um beispielsweise die Temperaturbelastung für die Anlagenkomponenten und insbesondere die Katalysatoren und/oder einen zusätzlichen Brennstoffumsatz, beispielsweise in einem oder mehreren als Zuheizer ausgebildeten Temperaturbeeinflussungsvorrichtungen, in Grenzen zu halten.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein",„einer",„eines", etc.), insbesondere in den Patentansprüchen und dem diese erläuternden Teil der Beschreibung, ist als solche und nicht als Verwendung von Zahlwörtern zu verstehen. Diese Verwendung ist somit so zu verstehen, dass die damit gekennzeichneten Elemente mindestens einmal vorhanden sind und mehrmals vorhanden sein können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnung zeigt die
Fig. 1 : eine erfindungsgemäße Anlage in einer schematischen Darstellung;
Fig. 2: eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung von Zementklinker in einer schematischen Darstellung.
Die Fig. 1 zeigt stark vereinfacht eine erfindungsgemäße Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung 1 zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials 2 sowie mit einem der Behandlungsvorrichtung 1 nachgeschalteten Abgasstrang, in dem aus der Behandlungsvorrichtung 1 ausgetretenes Abgas gereinigt wird; d.h. es erfolgt eine Minderung der Konzentrationen von bestimmten Schadstoffen in dem Abgas. Der Abgasstrang umfasst - in Strömungsrichtung des Abgases - eine erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3, einen Oxidationskatalysator 4, eine zweite Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 5 und einen Reduktionskatalysator 6.
Der Behandlungsvorrichtung 1 wird das zu behandelnde Material 2 sowie ein Brennstoff 7 zugeführt. Die Behandlung des Materials 2 erfolgt thermisch durch Verbrennen des Brennstoffs 7 in der Behandlungsvorrichtung 1. Das dabei entstehende Abgas wird in der ersten Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 weiter auf eine Temperatur von beispielsweise ca. 440°C erwärmt. Dies ermöglicht hohe Minderungsraten für die Konzentrationen von sowohl Kohlenmonoxid als auch organischen Kohlenwasserstoffen in dem der ersten
Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 nachfolgenden Oxidationskatalysator 4.
Zur Erhöhung der Abgastemperatur kann die erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 beispielsweise einen Wärmetauscher umfassen, durch den ein Wärmeübergang von einem beliebigen anderen Fluid, beispielsweise dem Abgas stromab des Oxidationskatalysators 4 und stromauf des Reduktionskatalysators 6, auf das Abgas erfolgt. Zusätzlich kann die erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 noch einen Zuheizer 8 umfassen, durch den eine weitere Erwärmung des Abgases zusätzlich zu derjenigen durch den Wärmetauscher erfolgen kann. Ein solcher Zuheizer 8 ist insbesondere dann sinnvoll einsetzbar, wenn der Wärmeübergang in dem Wärmetauscher nicht ausreicht, das Abgas zuverlässig auf die gewünschte Solltemperatur zu erwärmen. Hinzu kommt, dass die Wärmeeinbringung in das Abgas durch einen Zuheizer 8 über den Brennstoffumsatz gut regelbar ist.
Die Temperatur des aus dem Oxidationskatalysator 4 austretenden Abgases ist zu hoch für den sich anschließenden Reduktionskatalysator 6. Daher ist vorgesehen, das Abgas in der zweiten Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 5 auf höchstens ca. 380°C abzukühlen. Dies kann beispielsweise - ergänzend zu einem gegebenenfalls erfolgenden Abkühlen durch einen Wärmetausch mit dem Abgas stromauf des Oxidationskatalysators 4 - durch das Eindüsen einer wässerigen Ammoniaklösung erfolgen, wobei die für das Verdampfen der Lösung erforderliche Wärmeenergie dem Abgas entzogen wird. Das Ammoniak der Lösung dient weiterhin als Reduktionsmittel für die in dem Reduktionskatalysator 6 erfolgende Minderung der Konzentrationen von Stickoxiden im Abgas.
In der Fig. 2 ist eine der Anlage gemäß der Fig. 1 im Wesentlichen entsprechende Anlage in konkreterer Ausgestaltung gezeigt. Diese dient der Herstellung von Zementklinker, der in einer Behandlungsvorrichtung in Form eines Drehrohrofens 9 aus Zementrohmehl, gebrannt wird. Dazu wird das fein vermahlene Zementrohmehl, das organische Bestandteile umfasst, in heiße Brenngase, die aus dem Drehrohrofen 9 und aus einem optional vorhandenen Kalzinator 10 stammen, dispergiert, wobei die organischen Bestandteile aus dem Zementrohmehl ausgetrieben und unvollständig verbrannt werden.
Dem Drehrohrofen 9 ist, bezogen auf die Durchlaufrichtung des Materials (2) (Zementrohmehl beziehungsweise Zementklinker), ein Materialvorwärmer 11 in Form eines mehrstufigen Zyklonvorwärmers mit integriertem Kalzinator 10 vorgeschaltet. In dem Materialvorwärmer 11 wird das Zementrohmehl in mehreren Stufen von dem aus dem Drehrohrofen 9 stammenden Abgas durchströmt und mitgerissen und anschließend in einem Zyklon der jeweiligen Vorwärmerstufe wieder aus dem Abgasstrom separiert. Der Zyklonvorwärmer weist wie üblich einen vertikalen Aufbau auf, so dass das Zementrohmehl, soweit es von dem Abgasstrom mitgerissen wird, primär entgegen der Schwerkraftrichtung bewegt wird und nach der Separierung in den Zyklonen schwerkraftbedingt zur jeweils nächsten Vorwärmerstufe fällt. Andere übliche Arten von Materialvorwärmern, wie beispielsweise gestufte Verweilzeitreaktoren, sind ebenfalls möglich.
Das Zementrohmehl wird über eine Zementrohmehlaufgabe 12 in die Anlage aufgegeben und dem Materialvorwärmer 11 zugeführt. Der Materialvorwärmer 11 dient gleichzeitig als erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 3 der erfindungsgemäßen Anlage. Dazu erfolgt eine Aufteilung des Zementrohmehls auf eine erste Zufuhr 13, die, bezogen auf die Richtung des Durchlaufs des Zementrohmehls durch den Materialvorwärmer 11, vor der ersten (hier obersten) Wärmetauscherstufe 14 angeordnet ist, und eine zweite Zufuhr 15. Das über diese erste Zufuhr 4 in den Materialvorwärmer 2 eingebrachte Zementrohmehl nimmt somit an einem Wärmetausch mit dem Abgas in dieser ersten Wärmetauscherstufe 14 (und auch allen anderen Wärmetauscherstufen) teil. Die zweite Zufuhr 15 für das Zementrohmehl ist, bezogen auf die Richtung des Durchlaufs des Zementrohmehls durch den Materialvorwärmer 11, hinter der ersten Wärmetauscherstufe 14 angeordnet. Das über diese zweite Zufuhr 15 in den Materialvorwärmer 11 eingebrachte Zementrohmehl nimmt somit an einem Wärmetausch mit dem Abgas in der ersten Wärmetauscherstufe 14 nicht teil, jedoch in allen anderen Wärmetauscherstufen. Wenn ein Teil des Zementrohmehls nicht alle Wärmetauscherstufen durchläuft, verbleibt der Gesamtwärmeübergang von dem Abgas auf das vorzuwärmende Material unter einem anlagenspezifischen und betriebsparameterabhängigen Maximum, was sowohl einen Einfluss auf die Temperatur des vorgewärmten Zementrohmehls als auch auf die Temperatur des den Materialvorwärmer 11 verlassenden Abgases hat.
Die Größen der über die erste Zufuhr 13 und die zweite Zufuhr 15 in den Materialvorwärmer 11 eingebrachten Zementrohmehlströme können über eine Steuereinrichtung 16 eingestellt werden. Dies ermöglicht folglich eine angepasste Einstellung der Temperatur des den Materialvorwärmer 11 verlassenden Abgases, das anschließend einer Abgasbehandlungsvorrichtung 17 zugeführt wird. Konkret ist die Steuereinrichtung 16 dabei als Regeleinrichtung ausgebildet, die in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur des in die Abgasbehandlungsvorrichtung 17 eintretenden Abgases die Größen der über die erste Zufuhr 13 und die zweite Zufuhr 15 in den Materialvorwärmer 11 eingebrachten Zementrohmehlströme derart regelt, dass sich die gemessene Abgastemperatur in einem Solltemperaturbereich befindet. Dieser Solltemperaturbereich ist dabei hinsichtlich einer möglichst hohen Minderungsrate für Schadstoffe mittels eines mehrlagigen Oxidationskatalysator 4 der Abgasbehandlungsvorrichtung 17 gewählt und beträgt beispielsweise zwischen ca. 360°C und ca. 440°C, abhängig von der konkreten Abgaszusammensetzung. In Strömungsrichtung des Abgases ist dem Oxidationskatalysator 4 ein mehrlagiger Reduktionskatalysator 6 nachgeschaltet. Dieser basiert auf dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion von insbesondere Stickoxiden. Dazu wird dem Abgas in bekannter Weise stromauf des Reduktionskatalysators 6 (und stromab des Oxidationskatalysators 4) ein Reduktionsmittel in Form von Ammoniumhydroxid zugesetzt, das sich gegenüber (der ebenfalls möglichen Verwendung von) Harnstoff als Reduktionsmittel insbesondere durch eine kürzere Verdampfungsstrecke auszeichnet. Zudem würde aus Harnstoff bei der Zersetzung Kohlenmonoxid freigesetzt, was vermieden werden soll. In dem Reduktionskatalysator 6 werden die Stickoxide mit dem Ammoniak zu Stickstoff und Wasser reduziert sowie im Abgas noch enthaltene organische Kohlenwasserstoffe weiter gemindert.
Der Oxidationskatalysator 4 und der Reduktionskatalysator 6 sind in demselben Gehäuse 18 der Abgasbehandlungsvorrichtung 17 integriert.
Die Temperatur des den Oxidationskatalysator 4 verlassenden Abgases ist für eine dauerhafte Beaufschlagung des Reduktionskatalysators 6 zu hoch. Insbesondere würden derartig hohe Temperaturen des in den Reduktionskatalysator 6 eintretenden Abgases dessen relativ schnelle Deaktivierung bewirken. Die Anlage weist daher als zweite Temperaturbeeinflussungsvorrichtung 5 eine Kühlvorrichtung für das in den Reduktionskatalysator 6 einzubringende Abgas auf. Diese Kühlvorrichtung ist in Form einer Zudosiervorrichtung 19 für Wasser ausgebildet, die mit einer Zudosiervorrichtung 20 für das Ammoniumhydroxid integral ausgebildet ist. Eine Mischung aus Ammoniumhydroxid und Wasser wird somit über eine gemeinsame Düsenvorrichtung 21 in den Abgasstrom eingebracht. Das eingebrachte Wasser verdampft in dem Abgasstrom und entzieht diesem dadurch Wärmenergie, die zu einer Temperaturabsenkung des gesamten, dann auch das verdampfte Wasser und Ammoniumhydroxid umfassenden Abgasstroms führt. Dadurch wird die Temperatur des in den Reduktionskatalysators 6 eintretenden Abgases auf vorzugsweise maximal 380°C begrenzt. Um eine gute Regelung der Mischung aus Ammoniumhydroxid und Wasser erreichen zu können, weist die integrale Zudosiervorrichtung keinen Rücklauf auf. Der angepasste und insbesondere gegenüber der maximalen Wärmetauschleistung des Materialvorwärmers 11 verringerte Wärmetausch von dem Abgas auf das vorzuwärmende Zementrohmehl beeinflusst nicht nur die Temperatur des in die Abgasbehandlungsvorrichtung 17 eintretenden Abgases sondern auch die Temperatur des in den Drehrohrofen 9 eintretenden Zementrohmehls. Insbesondere kann diese Temperatur des vorgewärmten Zementrohmehls relativ gering sein, was jedoch durch einen erhöhten Brennstoffumsatz in einem oder mehreren, als Wärmeerzeugungsvorrichtungen dienenden Brennern (nicht dargestellt) des Drehrohrofens 9 oder - sofern vorhanden - des Kalzinators 10 ausgeglichen werden kann. Dabei kann der Brennstoffumsatz und damit die Wärmeeinbringung in den Drehohrofen 9 sowie in das Abgas mittels einer Steuereinrichtung eingestellt beziehungsweise einer Regeleinrichtung geregelt werden. Dabei kann die Temperatur des in die Abgasbehandlungsvorrichtung 17 eintretenden Abgases eine Regelgröße für den Brennstoffumsatz darstellen. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Parameter als Regelgröße dienen, beispielsweise eine Gastemperatur in dem optional vorhandenen Kalzinator 10 der Anlage.
In dem Kalzinator 10 kann ein Vorkalzinieren des bereits in dem Zyklonvorwärmer vorgewärmten Zementrohmehls erfolgen, das anschließend in dem Drehrohrofen 9 zu Zementklinker fertig gebrannt wird. Zur Erwärmung und Entsäuerung des Zementrohmehls bei der Vorkalzinierung in dem Kalzinator 10 werden aus dem Drehrohrofen 9 entnommenes Abgas (und erwärmte Kühlluft aus einem dem Drehrohrofen 9 (bezüglich der Durchlaufrichtung des Zementklinkers) nachgeschalteten Klinkerkühler 22, die über einen Tertiärluftleitung 23 dem Kalzinator 10 zugeführt wird, genutzt. Die Separierung des in dem Kalzinator 10 vorkalzinierten Materials von dem Abgas und/oder der Kühlluft erfolgt dabei in dem Zyklon der letzten Wärmetauscherstufe des Materialvorwärmers 11. Bezugszeichen:
1. Behandlungsvorrichtung
2. Material
3. erste Temperaturbeeinflussungsvorrichtung
4. Oxidationskatalysator
5. zweite Temperaturbeeinflussungsvorrichtung
6. Reduktionskatalysator
7. Brennstoff
8. Zuheizer
9. Drehrohrofen
10. Kalzinator
11. Materialvorwärmer
12. Zementrohmehlaufgabe
13. erste Zufuhr
14. erste Wärmetauscherstufe
15. zweite Zufuhr
16. Steuereinrichtung
17. Abgasbehandlungsvorrichtung
18. Gehäuse
19. Zudosiervorrichtung für Wasser
20. Zudosiervorrichtung für Ammoniumhydroxid
21. Düsenvorrichtung
22. Klinkerkühler
23. Tertiärluftleitung

Claims

Patentansprüche :
1. Anlage mit einer Behandlungsvorrichtung (1) zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials (2), die Abgas erzeugt, mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an die Behandlungsvorrichtung (1) anschließenden Oxidationskatalysator (4) und mit einem sich in Strömungsrichtung des Abgases an den Oxidationskatalysator (4) anschließenden Reduktionskatalysator (6), gekennzeichnet durch eine Temperaturbeeinflussungsvorrichtung (3, 5) zur Beeinflussung der Temperatur des Abgases stromauf des Oxidationskatalysators (4) und/oder zwischen dem Oxidationskatalysator (4) und dem Reduktionskatalysator (6).
2. Anlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung (3, 5) einen Zuheizer (8), einen Zumischer für ein Fluid und/oder einen Wärmetauscher umfasst.
3. Anlage gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturbeeinflussungsvorrichtung (3, 5) hinsichtlich der Temperaturbeeinflussung für das Abgas steuerbar ist.
4. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zwischen der Behandlungsvorrichtung (1) und dem Oxidationskatalysator (4) angeordneten Materialvorwärmer (11), in dem ein Wärmeübergang von dem Abgas auf das Material (2) erfolgt.
5. Anlage gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialvorwärmer (11) eine oder mehrere Wärmetauscherstufen umfasst, wobei eine erste Zufuhr (13) für das Material (2) in Richtung des Durchlaufs des Materials (2) durch den Materialvorwärmer (11) hinter einer Wärmetauscherstufe (6) angeordnet ist, eine zweite Zufuhr (15) für das Material (2), bezogen auf die Richtung des Durchlaufs des Materials (2) durch den Materialvorwärmer (11), vor dieser Wärmetauscherstufe (6) angeordnet ist 2
und eine Steuereinrichtung (16) zur angepassten Aufteilung des Materials (2) auf die erste Zufuhr (13) und die zweite Zufuhr (15) vorgesehen ist.
6. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Oxidationskatalysator (4) und dem Reduktionskatalysator (6) angeordnete Zudosiervorrichtung (20) für ein Reduktionsmittel.
7. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen stromab des Reduktionskatalysators (6) angeordneten Staubfilter.
8. Anlage gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Staubabreinigung für den Oxidationskatalysator (4) und/oder den Reduktionskatalysator (6).
9. Verfahren zur Behandlung des Abgases aus einer Behandlungsvorrichtung (1) zur mechanischen und/oder thermischen Behandlung eines anorganischen Materials (2), wobei das Abgas mit einer Temperatur von mindestens 360°C, 390°C, 400°C, 420°C oder 440°C einem Oxidationskatalysator (4) zur Oxidation von Kohlenmonoxid und/oder organischen Kohlenwasserstoffen zugeführt wird und anschließend einem Reduktionskatalysator (6) zur Reduktion von Stickoxiden zugeführt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas dem Reduktionskatalysator (6) mit einer Temperatur von maximal 420°C, 400°C, 380°, 360°C oder 320°C zugeführt wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas stromab des Reduktionskatalysators (6) entstaubt wird.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstellen der Temperatur des dem Oxidationskatalysator (4) und/oder dem Reduktionskatalysator (6) direkt zuzuführenden Abgases durch eine Zufeuerung, eine Zumischung eines Fluids und/oder einen Wärmetausch mit einem Wärmetauschermedium realisiert wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung der Temperatur des dem Oxidationskatalysator (4) zuzuführenden Abgases durch einen angepassten Wärmetausch des Abgases mit dem der Behandlungsvorrichtung (1) zuzuführenden Material (2) erfolgt.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung der Temperatur des dem Reduktionskatalysator (6) zuzuführenden Abgases durch ein Zudosieren von Wasser in das Abgas erfolgt.
EP15729778.9A 2014-06-10 2015-06-08 Anlage mit einer ein abgas erzeugenden behandlungsvorrichtung, einem oxidations- und einem reduktionskatalysator sowie verfahren zur behandlung des abgases in einer solchen anlage Withdrawn EP3154664A1 (de)

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